Features of two proteins of Leptospira interrogans with potential role in host-pathogen interactions

Background: Leptospirosis is considered a re-emerging infectious disease caused by pathogenic spirochaetes of the genus Leptospira. Pathogenic leptospires have the ability to survive and disseminate to multiple organs after penetrating the host. Leptospires were shown to express surface proteins that interact with the extracellular matrix (ECM) and to plasminogen (PLG). This study examined the interaction of two putative leptospiral proteins with laminin, collagen Type I, collagen Type IV, cellular fibronectin, plasma fibronectin, PLG, factor H and C4bp. Results: We show that two leptospiral proteins encoded by LIC11834 and LIC12253 genes interact with laminin in a dose - dependent and saturable mode, with dissociation equilibrium constants (K-D) of 367.5 and 415.4 nM, respectively. These proteins were named Lsa33 and Lsa25 (Leptospiral surface adhesin) for LIC11834 and LIC12253, respectively. Metaperiodate - treated laminin reduced Lsa25 - laminin interaction, suggesting that sugar moieties of this ligand participate in this interaction. The Lsa33 is also PLG - binding receptor, with a K-D of 23.53 nM, capable of generating plasmin in the presence of an activator. Although in a weak manner, both proteins interact with C4bp, a regulator of complement classical route. In silico analysis together with proteinase K and immunoflorescence data suggest that these proteins might be surface exposed. Moreover, the recombinant proteins partially inhibited leptospiral adherence to immobilized laminin and PLG. Conclusions: We believe that these multifunctional proteins have the potential to participate in the interaction of leptospires to hosts by mediating adhesion and by helping the bacteria to escape the immune system and to overcome tissue barriers. To our knowledge, Lsa33 is the first leptospiral protein described to date with the capability of binding laminin, PLG and C4bp in vitro.

Batroxase, a new metalloproteinase from B. atrox snake venom with strong fibrinolytic activity

The structures and functional activities of metalloproteinases from snake venoms have been widely studied because of the importance of these molecules in envenomation. Batroxase, which is a metalloproteinase isolated from Bothrops atrox (Para) snake venom, was obtained by gel filtration and anion exchange chromatography. The enzyme is a single protein chain composed of 202 amino acid residues with a molecular mass of 22.9 kDa, as determined by mass spectrometry analysis, showing an isoelectric point of 7.5. The primary sequence analysis indicates that the proteinase contains a zinc ligand motif (HELGHNLGISH) and a sequence C164I165M166 motif that is associated with a "Met-turn" structure. The protein lacks N-glycosylation sites and contains seven half cystine residues, six of which are conserved as pairs to form disulfide bridges. The three-dimensional structure of Batroxase was modeled based on the crystal structure of BmooMP alpha-I from Bothrops moojeni. The model revealed that the zinc binding site has a high structural similarity to the binding site of other metalloproteinases. Batroxase presented weak hemorrhagic activity, with a MHD of 10 mu g, and was able to hydrolyze extracellular matrix components, such as type IV collagen and fibronectin. The toxin cleaves both a and beta-chains of the fibrinogen molecule, and it can be inhibited by EDTA. EGTA and beta-mercaptoethanol. Batroxase was able to dissolve fibrin clots independently of plasminogen activation. These results demonstrate that Batroxase is a zinc-dependent hemorrhagic metalloproteinase with fibrin(ogen)olytic and thrombolytic activity. Published by Elsevier Ltd.

Recombinant expression, localization and in vitro inhibition of midgut cysteine peptidase (Sl-CathL) from sugarcane weevil, Sphenophorus levis

A cDNA coding for a digestive cathepsin L, denominated Sl-CathL, was isolated from a cDNA library of Sphenophorus levis larvae, representing the most abundant EST (10.49%) responsible for proteolysis in the midgut. The open reading frame of 972 bp encodes a preproenzyme similar to midgut cathepsin L-like enzymes in other coleopterans. Recombinant Sl-CathL was expressed in Pichia pastoris, with molecular mass of about 42 kDa. The recombinant protein was catalytically activated at low pH and the mature enzyme of 39 kDa displayed thermal instability and maximal activity at 37 degrees C and pH 6.0. Immunocytochemical analysis revealed Sl-CathL production in the midgut epithelium and secretion from vesicles containing the enzyme into the gut lumen, confirming an important role for this enzyme in the digestion of the insect larvae. The expression profile identified by RT-PCR through the biological cycle indicates that Sl-CathL is mainly produced in larval stages, with peak expression in 30-day-old larvae. At this stage, the enzyme is 1250-fold more expressed than in the pupal fase, in which the lowest expression level is detected. This enzyme is also produced in the adult stage, albeit in lesser abundance, assuming the presence of a different array of enzymes in the digestive system of adults. Tissue-specific analysis revealed that Sl-CathL mRNA synthesis occurs fundamentally in the larval midgut, thereby confirming its function as a digestive enzyme, as detected in immunolocalization assays. The catalytic efficiency of the purified recombinant enzyme was calculated using different substrates (Z-Leu-Arg-AMC, Z-Arg-Arg-AMC and Z-Phe-Arg-AMC) and rSl-CathL exhibited hydrolysis preference for Z-Leu-Arg-AMC (k(cat)/K-m = 37.53 mM S-1), which is similar to other insect cathepsin L-like enzymes. rSl-CathL activity inhibition assays were performed using four recombinant sugarcane cystatins. rSl-CathL was strongly inhibited by recombinant cystatin CaneCPI-4 (K-i = 0.196 nM), indicating that this protease is a potential target for pest control. (C) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Biochemical characterization and comparative analysis of two distinct serine proteases from Bothrops pirajai snake venom

This study reports the isolation and biochemical characterization of two different serine proteases from Bothrops pirajai snake venom, thus providing a comparative analysis of the enzymes. The isolation process consisted of three consecutive chromatographic steps (Sephacryl S-200, Benzamidine Sepharose and C2/C18), resulting in two serine proteases, named BpirSP27 and BpirSP41 after their molecular masses by mass spectrometry (27,121 and 40,639 Da, respectively). Estimation by SDS-PAGE under denaturing conditions showed that, when deglycosylated with PNGase F, BpirSP27 and BpirSP41 had their molecular masses reduced by approximately 15 and 42%, respectively. Both are acidic enzymes, with pI of approximately 4.7 for BpirSP27 and 3.7 for BpirSP41, and their N-terminal amino acid sequences showed 57% identity to each other, with high similarity to the sequences of other snake venom serine proteases (SVSPs). The enzymes showed different actions on bovine fibrinogen, with BpirSP27 acting preferentially on the B beta chain and BpirSP41 on both A alpha and B beta chains. The two serine proteases were also able to degrade fibrin and blood clots in vitro depending on the doses and incubation periods, with higher results for BpirSP41. Both enzymes coagulated the human plasma in a dose-dependent manner, and BpirSP41 showed a higher coagulant potential, with minimum coagulant dose (MCD) of similar to 3.5 mu g versus 20 mu g for BpirSP27. The enzymes were capable of hydrolyzing different chromogenic substrates, including S-2238 for thrombin-like enzymes, but only BpirSP27 acted on the substrate S-2251 for plasmin. They also showed high stability against variations of temperature and pH, but their activities were significantly reduced after preincubation with Cu2+ ion and specific serine protease inhibitors. In addition. BpirSP27 induced aggregation of washed platelets to a greater extent than BpirSP41. The results showed significant structural and functional differences between B. pirajai serine proteases, providing interesting insights into the structure-function relationship of SVSPs. (C) 2012 Elsevier Masson SAS. All rights reserved.

Molecular cloning and insecticidal effect of Inga laurina trypsin inhibitor on Diatraea saccharalis and Heliothis virescens

Native Inga laurina (Fabaceae) trypsin inhibitor (ILTI) was tested for anti-insect activity against Diatraea saccharalis and Heliothis virescens larvae. The addition of 0.1% ILTI to the diet of D. saccharalis did not alter larval survival but decreased larval weight by 51%. The H. virescens larvae that were fed a diet containing 0.5% ILTI showed an 84% decrease in weight. ILTI was not digested by the midgut proteinases of either species of larvae. The trypsin levels were reduced by 55.3% in the feces of D. saccharalis and increased by 24.1% in the feces of H. virescens. The trypsin activity in both species fed with ILTI was sensitive to the inhibitor, suggesting that no novel proteinase resistant to ILTI was induced. Additionally, ILTI exhibited inhibitory activity against the proteinases present in the larval midgut of different species of Lepidoptera. The organization of the ilti gene was elucidated by analyzing its corresponding genomic sequence. The recombinant ILTI protein (reILTI) was expressed and purified, and its efficacy was evaluated. Both native ILTI and reILTI exhibited a similar strong inhibitory effect on bovine trypsin activity. These results suggest that ILTI presents insecticidal properties against both insects and may thus be a useful tool in the genetic engineering of plants. (c) 2012 Elsevier Inc. All rights reserved.

“Features of two proteins of Leptospira interrogans with potential role in host-pathogen interactions”

Abstract Background Leptospirosis is considered a re-emerging infectious disease caused by pathogenic spirochaetes of the genus Leptospira. Pathogenic leptospires have the ability to survive and disseminate to multiple organs after penetrating the host. Leptospires were shown to express surface proteins that interact with the extracellular matrix (ECM) and to plasminogen (PLG). This study examined the interaction of two putative leptospiral proteins with laminin, collagen Type I, collagen Type IV, cellular fibronectin, plasma fibronectin, PLG, factor H and C4bp. Results We show that two leptospiral proteins encoded by LIC11834 and LIC12253 genes interact with laminin in a dose - dependent and saturable mode, with dissociation equilibrium constants (KD) of 367.5 and 415.4 nM, respectively. These proteins were named Lsa33 and Lsa25 (Leptospiral surface adhesin) for LIC11834 and LIC12253, respectively. Metaperiodate - treated laminin reduced Lsa25 - laminin interaction, suggesting that sugar moieties of this ligand participate in this interaction. The Lsa33 is also PLG - binding receptor, with a KD of 23.53 nM, capable of generating plasmin in the presence of an activator. Although in a weak manner, both proteins interact with C4bp, a regulator of complement classical route. In silico analysis together with proteinase K and immunoflorescence data suggest that these proteins might be surface exposed. Moreover, the recombinant proteins partially inhibited leptospiral adherence to immobilized laminin and PLG. Conclusions We believe that these multifunctional proteins have the potential to participate in the interaction of leptospires to hosts by mediating adhesion and by helping the bacteria to escape the immune system and to overcome tissue barriers. To our knowledge, Lsa33 is the first leptospiral protein described to date with the capability of binding laminin, PLG and C4bp in vitro.

Protein-Disassembly im Verlauf der endosomalen Prozessierung

Die Prozessierung von internalisierten Proteinantigenen und die Beladung von MHC Klasse II – Heterodimeren mit den prozessierten Proteinfragmenten in Antigen präsentierenden Zellen sind Schlüsselprozesse der antigenspezifischen Immunantwort. In dieser Arbeit wurden grundlegende Studien durchgeführt, um die Antigenprozessierung in Makrophagen und dendritischen Zellen auf molekularer Ebene zu untersuchen. Als Sonde für die Antigenprozessierung wurde das Modellprotein Ovalbumin verwendet. Dieses wurde hoch gereinigt und mit einem Fluoreszenzmarker versehen. In Kinetikexperimenten wurde gezeigt, dass unabhängig vom Aktivierungszustand der akzessorischen Zellen ein Großteil des intakten Ovalbumins in den Zellen persistiert. Der Abbau des Proteins beginnt in den späten Endosomen und führt zu einem distinkten 40kD Abbaufragment. Der weitere schrittweise Abbau des Proteins findet in den Lysosomen statt. Die Edmann – Sequenzierung des Fragmentes ergab, dass die initiale Spaltung des Ovalbumin in einem zweistufigen Prozess abläuft. Beide Prozessierungsschritte erfolgen schnell aufeinander. Der erste Abbauschritt generiert das dominante Ovalbumin – Epitop OVA323-339.LPS – Stimulation der KMMÆ hatte zur Folge, dass die gleichen in nicht stimulierten Zellen beobachteten Fragmente gebildet wurden, jedoch zu einem erheblich späteren Zeitpunkt. In Gegenwart der Proteinase – Inhibitoren Leupeptin und Pepstatin A war diese verzögerte Degradierung nicht zu beobachten. LPS induziert vermutlich weitere Enzyme, die an der Prozessierung von Ovalbumin beteiligte Proteinasen beeinträchtigen. Eine vollständige Hemmung des Abbaus konnte jedoch nicht erreicht werden.Mit Molecular Modelling –Studien wurde ein Molekülmodell des Ratten MHC Klasse II – Moleküls RT1.Bl entwickelt und dessen Bindungsspezifität untersucht. Wesentliche Eigenschaften der RT1.Bl – Peptid Interaktionen wurden ermittelt. Auf der Grundlage der berechneten Molekülmodelle wurde ein Wirkmechanismus für die durch DM-Moleküle katalysierte Peptidbeladung von RT1.Bl postuliert. Bei einer Kooperativität der Wasserstoffbrücken – Bindungen genügt die Lösung einer einzigen Wasserstoffbrücke zwischen Peptid und MHC Klasse II – Molekül, um die Dissoziation von schwach gebundenen Peptiden erheblich zu beschleunigen. Hochaffine Binder werden hierdurch jedoch nicht beeinflusst.

Transformation von Osteospermum ecklonis mit Konstrukten zur Induktion von Virusresistenz und Blühverfrühung

Für die Etablierung einer Transformationsmethode züchterisch relevanter Sorten von Osteospermum ecklonis (Kapmargerite) wurde zunächst ein geeignetes Protokoll für die Regeneration adventiver Sprosse aus vegetativem Gewebe entwickelt. Anschließend wurden Transformationen von Markergenen durch Kokultur mit Agrobacterium tumefaciens durchgeführt. Hierzu wurden Konstrukte verwendet, die das Gen für ß-D-Glucuronidase (GUS) enthielten und deren Expression in transgenen Pflanzen histochemisch nachgewiesen werden konnte. Kanamycinresistenz erwies sich als geeigneter Selektionsmarker für die Transformation. Es konnten von verschiedenen O. ecklonis Sorten GUS-transgene, nicht-chimäre Pflanzen regeneriert werden.Zur Erzeugung transgener Pflanzen mit dem Ziel der Resistenz gegen LMV (lettuce mosaic potyvirus, Salat Mosaik Virus) wurden drei Konstrukte verwendet. Das erste enthält die kodierende Sequenz der Virusproteine VPg, Pro und 6K2. Durch PCR-Mutation wurde die Proteinase-Schnittstelle zwischen 6K2 und VPg zerstört, sowie Start- und Stopcodon eingeführt. Die anderen LMV-abgeleiteten Konstrukte enthalten nicht translatierbare Fragmente des coat protein Gens in sense und antisense Orientierung.Außerdem wurde O. ecklonis noch mit dem Gen des mutmaßlichen Transkriptionsfaktor SPL3 aus Arabidopsis thaliana unter der Kontrolle eines konstitutiven Promotors transformiert. SPL3 ist an der Regulierung der Blüteninduktion in A. thaliana beteiligt.Regenerierte O. ecklonis wurden durch PCR mit konstruktspezifischen Primern auf Anwesenheit des Transgens und Kontamination durch A. tumefaciens überprüft.

Konditionale Modellsysteme zur Untersuchung der ERBB2-induzierten Tumorgenese

Konditionale Modellsysteme zur Untersuchung der ERBB2-induzierten Tumorgenese Die Rezeptor-Tyrosinkinase ERBB2 ist in einer Vielzahl epithelialer Tumore, wie Mamma- und Ovarialkarzinomen, überexprimiert. Diese erhöhte Expression korreliert mit aggressivem Tumorwachstum, verstärkter Metastasierung und schlechter Prognose für den Patienten. Zur genaueren Untersuchung molekularer Mechanismen, die zur Tumorentstehung infolge der ERBB2-Überexpression führen, wurden im Rahmen dieser Arbeit mit Hilfe des Tet-Systems induzierbare MCF-7 Zelllinien generiert. Diese exprimieren bei Gabe von Doxyzyklin ERBB2 bzw. die zum humanen ERBB2 homologe und durch Punktmutation onkogen aktivierte Rattenvariante NeuT. Nachdem die stringente Regulierbarkeit durch Doxyzyklin für die untersuchten Zellklone gezeigt werden konnte, stellte sich bei der Charakterisierung der Zelllinien heraus, dass die Induktion von ERBB2 erstaunlicherweise nicht zur Proliferation der Zellen, sondern zum Wachstumsarrest führt. Bei der Untersuchung verschiedener Zellzyklusregulatoren konnte dieser Zellzyklusarrest dem CDK-Inhibitor P21 zugeordnet werden, dessen Expression durch ERBB2 induziert wird. In P21-Antisense-Experimenten konnte nachgewiesen werden, dass P21 eine Schlüsselrolle beim ERBB2-induzierten Zellzyklusarrest spielt. Neben der Induktion von P21 und der daraus resultierenden Wachstumsinhibition zeigten die Zellen starke morphologische Veränderungen und waren positiv beim Nachweis der Seneszenz-assoziierten -Galaktosidase. Erstmals konnte gezeigt werden, dass die Induktion des Onkogens ERBB2 nicht zur Proliferation, sondern zur Aktivierung eines verfrühten Seneszenz-Programms führt, welches der Zelle Schutz gegen die Onkogeneinwirkung bietet. Bei der Untersuchung verschiedener Signaltransduktionskaskaden mit Inhibitormolekülen konnte die Aktivierung dieses Seneszenz-Programms der Stress-aktivierten Proteinkinase P38 zugeordnet werden. Zur Identifizierung von Genen, die für die ERBB2-induzierte Tumorgenese relevant sind, wurde die differenzielle Genexpression eines NeuT-Klons nach 8- bzw. 48-stündiger Induktion mit Doxyzyklin in einem cDNA-Array untersucht. Dabei zeigte sich eine besonders starke Induktion von Integrin 5 und Integrin 1, die zusammen den Fibronektinrezeptor bilden. Der funktionale Nachweis des Rezeptors in einem Adhäsionsassay demonstrierte ein stark erhöhtes Adhäsionsverhalten ERBB2-überexprimierender Zellen an Fibronektin. Bei der Untersuchung von Mamma-, Ovarial- und Endometriumkarzinomen konnte die Expression von ERBB2 mit der von Integrin 5 korreliert werden. Diese Ergebnisse machen Integrin 5 zu einem potenziellen neuen Tumormarker und Therapieziel in ERBB2-überexprimierenden Tumoren. Ein weiteres interessantes Gen, das sich im Array durch ERBB2 überexprimiert zeigte, war die Matrix-Metalloproteinase MMP-9. In einem Zymografieassay konnte die erhöhte Gelatinaseaktivität von MMP-9 in Dox-induzierten Zellen nachgewiesen werden. Der Einsatz verschiedener Signaltransduktionsinhibitoren ergab, dass auch die ERBB2-induzierte Expression von MMP-9 über die Aktivierung von P38 läuft. Bei der Suche nach weiteren MMPs, die für die ERBB2-induzierte Tumorgenese relevant sein könnten, wurde MMP-13 untersucht. Erstmals konnte gezeigt werden, dass diese Matrix-Metalloproteinase von ERBB2 induziert wird. Dieser interessante Befund wurde auch in einem anderen Zellmodell in NIH3T3 Mausfibroblasten verifiziert. Durch ihre Matrix-degradierenden Eigenschaften sind MMPs potente „Werkzeuge“ für Tumorzellen und stellen ein wichtiges Ziel zur Unterbindung der Invasion und Metastasierung dieser Zellen dar. Neben den Zellkulturarbeiten wurden im Rahmen dieser Dissertation transgene Responder-Mäuse generiert, die NeuT unter Kontrolle eines Tet-responsiven Promotors exprimieren. Von vier transgenen Gründerlinien zeigten zwei eine unerwünschte, basale NeuT-Expression, für die beiden anderen Linien konnte sowohl in MEF-Assays, als auch nach Kreuzung mit rtTA- bzw. tTA-Effektor-Mäusen eine Dox-abhängige Regulation des Transgens gezeigt werden. Die Tiere dieser Linien sollen in Zukunft mit Effektor-Mäusen gepaart werden, die den rtTA bzw. tTA spezifisch in für die ERBB2-Tumorgenese relevanten Geweben, wie Ovarial- oder Lungenepithelzellen, exprimieren. So können individuelle Tumormodelle für die verschiedenen epithelialen Tumore, bei denen die Überexpression von ERBB2 von Bedeutung ist, entwickelt und untersucht werden.

Proteolysis of the receptor for advanced glycation end products by matrix metalloproteinases

RAGE mediates diverse physiological and pathological effects by binding a variety of ligands. Despite incomplete understanding of RAGE-mediated disorders soluble RAGE (sRAGE) has been identified as a potential biomarker for RAGE-related diseases and possibly represents a hopeful pharmaceutical against RAGE-mediated disorders. Nevertheless, the source of sRAGE remains poorly investigated. Currently sRAGE is thought to be derived exclusively from alternative splicing of mRNA. In this thesis it was investigated whether sRAGE can also be released as a result of ectodomain shedding of full-length RAGE. Using cells overexpressing RAGE as a model system, it was demonstrated clearly that RAGE undergoes ectodomain shedding in both constitutive and regulated manner. Several stimuli including PMA, AMPA, calcium and chelerythrine stimulated the release of sRAGE into cell culture medium. Moreover, possible mechanisms that regulate ectodomain shedding of RAGE were investigated and it was found that shedding of RAGE is likely independent from PKC and MAPK pathways. By using gain of function and loss of function approaches MMP9 but not ADAM10, ADAM17 or MT1-MMP was characterized as the metalloproteinase that mediates shedding of RAGE. Furthermore, it was shown that cytoplasmic domain of RAGE is not essential for shedding of RAGE. In addition, the potential cleavage site of RAGE by MMP9 was investigated and a lack of sequence specificity for the RAGE processing proteinase was demonstrated by mutation analysis. Finally the physiopathological significance of shedding of RAGE is discussed. In conclusion, for the first time ectodomain shedding of human RAGE and the underlying regulatory mechanisms were investigated. The data open a new field for modulation of RAGE shedding as a novel intervention approach against RAGE-mediated diseases.

Agenti di encefalopatie spongiformi trasmissibili e zoonosi: tipizzazione molecolare

Transmissible spongiform encephalopathies (TSE) are neurodegenerative diseases caused by the conversion of the host-encoded cellular protein (PrPC) to a disease-associated isoform (PrPSc). The agent responsible for prion diseases may exist as different strains with specific biological and biochemical properties. According to the protein-only hypothesis, prion strain diversity is enciphered in PrPSc conformation. Molecular strain typing methods are based on the electrophoretic mobility of protease resistant core of PrPSc, on the susceptibility to protease digestion, on the glycosylation profile of PrPres and on the conformational stability of PrPSc. In this study a new conformational stability assay was developed based on the differential solubility of PrPC and PrPSc: CSSA (conformational stability and solubility assay). The conformational stability assay was performed by measuring PrPSc solubility in homogenates treated with increasing concentrations of GdnHCl, in the absence of proteinase K. Indeed, dose-response curves allowed estimation of the concentration of GdnHCl able to solubilise 50% of PrPSc. The results showed that this method is valuable for the biochemical typing of strains in bank voles and it is also a promising tool for molecular analysis of natural prion isolates. CSSA also revealed strain-specific PrPSc conformational stabilities of ovine natural isolates so that this feature, combined with the N-terminal PrPSc cleavage, allowed differentiation of classical scrapie, including CH1641-like, from natural goat BSE and experimental sheep BSE. In view of the implications concerning strain similarity between animal and human TSEs, the physico-chemical properties of the Nor98 with two human prion diseases (VPSPr and GSS) were compared in order to investigate the extent of the similarity between animal and human prion strains. The results showed an unexpected heterogeneity of the molecular features among human and sheep TSEs associated with internal PrPres fragments with the possible exception of Nor98 and a case of GSS P102L. These similarities and differences need further investigation by N- and C-terminal sequencing and biological characterization.

Die funktionelle Rolle von LRP1 in der tPA-vermittelten Aktivierung von NMDA-Rezeptoren

Das Low Density Lipoprotein Receptor-related Protein 1 (LRP1) scheint neben seiner ursprünglichen Rolle als Lipoproteinrezeptor auch eine fundamentale Rolle bei der Einleitung von Signaltransduktionskaskaden im sich entwickelnden Gehirn zu spielen. Einer seiner Hauptliganden ist die Serinprotease Tissue-type Plasminogen Aktivator (tPA), welche NMDA-Rezeptor-abhängig MAP Kinasenaktivierung induzieren kann. In dieser Studie sollte daher untersucht werden, ob LRP1 und der NMDA Rezeptor in der tPA-vermittelten Signaltransduktion miteinander kooperieren. Es konnte gezeigt werden, dass sowohl LRP1 als auch der NMDA Rezeptor an der tPA-induzierten Erk1/2 Phosphorylierung beteiligt sind, da dieser Effekt mit den spezifischen Inhibitoren RAP, MK-801 und DL-AP5 blockiert werden konnte. Eine weitere Bestätigung der LRP1-Spezifität zeigte sich durch shRNA knock-down Experimente. Calcium Imaging Experimente ergaben, dass die Applikation von tPA sowohl in primären, hippokampalen Neuronen als auch in der neuronalen Zelllinie HT22 zu einem robusten Einstrom von Calcium in die Zelle führte, welcher mit dem NMDA Rezeptor Inhibitor MK-801 und dem LRP1 Inhibitor RAP blockiert werden konnte. RNAi Experimente und Überexpressionsstudien bestätigten die Beteiligung von PSD-95 als intrazelluläres Adapterprotein, welches die beiden Rezeptoren miteinander verbindet. Als Bindungsstelle für PSD-95 konnte mit Hilfe von LRP1 knock-in Mausneuronen die distale NPxY(2) Domäne am LRP1 C-Terminus identifiziert werden. Diese Ergebnisse führten zu der Hypothese eines multimeren tPA-LRP1-NMDA Rezeptor Komplexes, der über die primäre Bindung von tPA an LRP1 aktiviert wird und anschließend das Signal an den NMDA Rezeptor weiterleitet. Somit weisen die Ergebnisse dieser Arbeit auf einen neuen, tPA-vermittelten Mechanismus zur Öffnung von Glutamatrezeptoren hin, der eine funktionelle Kooperation von dem Lipoproteinrezeptor LRP1 mit dem NMDA Rezeptor voraussetzt.

Exploring the biofilm of Streptococcus agalactiae to identify virulence factors

Streptococcus agalactiae, also known as Group B Streptococcus (GBS) is the primary colonizer of the anogenital mucosa of up to 40% of healthy women and an important cause of invasive neonatal infections worldwide. Among the 10 known capsular serotypes, GBS type III accounts for 30-76% of the cases of neonatal meningitis. Biofilms are dense aggregates of surface-adherent microorganisms embedded in an exopolysaccharide matrix. Centers for Disease Control and Prevention estimate that 65% of human bacterial infections involve biofilms (Post et al., 2004). In recent years, the ability of GBS to form biofilm attracted attention for its possible role in fitness and/or virulence. Here, a new in vitro biofilm formation protocol was developed to guarantee more stringent conditions, to better discriminate between strong-, low- and non- biofilm forming strains and reduce ambiguous data interpretation. This protocol was applied to screen the in vitro biofilm formation ability of more than 350 GBS clinical isolates from pregnant women and neonatal infections belonging to different serotype, in relation to media composition and pH. The results showed the enhancement of GBS biofilm formation in acidic condition and identified a subset of isolates belonging to serotypes III and V that forms strong biofilms in these conditions. Interestingly, the best biofilm formers belonged to the serotype III hypervirulent clone ST-17.It was also found that pH 5.0 induces down-regulation of the capsule but that this reduction is not enough by itself to ensure biofilm formation. Moreover, the ability of proteinase K to strongly inhibit biofilm formation and to disaggregate mature biofilms suggested that proteins play an essential role in promoting GBS biofilm formation and contribute to the biofilm structural stability. Finally, a set of proteins potentially expressed during the GBS in vitro biofilm formation were identified by mass spectrometry.

Funktionelle Charakterisierung der Metalloendopeptidasen Meprin alpha und Meprin beta unter besonderer Berücksichtigung pathologischer Umstände in der menschlichen Dermis

Im Rahmen dieser Arbeit wurden zwei neuentdeckte Astacin-ähnliche-Proteasen LAST undrnLAST_MAM aus dem Pfeilschwanzkrebs Limulus polyphemus funktionell charakterisiert.rnInsbesondere LAST_MAM, eignet sich zur phylogenetischen Untersuchung, hinsichtlich derrnEvolution von Astacin-ähnlichen-Proteasen mit MAM-Domäne, zu denen auch die Meprinernzählen. Es wurde deutlich, dass LAST_MAM nicht unmittelbar mit anderen Astacinen, diernüber eine MAM-Domäne verfügen, verwandt ist, und dass von einer divergenten Entwicklungrndieser Proteasen und der MAM-Domäne selbst ausgegangen werden muss.rnMeprin Metalloendopeptidasen werden in membrangebundener und sezernierter Form,rnvorwiegend in Epithelien aber auch in intestinalen Leukozyten und bestimmten Krebszellenrnexprimiert. Meprin

The relevance of the silica metabolizing enzyme silicatein-alpha to biomineralization and the formation of biogenic silica in siliceous sponges

Die technische Silikatproduktion erfordert in der Regel hohe Temperaturen und extreme pH-Werte. In der Natur hingegen haben insbesondere Kieselschwämme die außergewöhnliche Fähigkeit, ihr Silikatskelett, das aus einzelnen sogenannten Spiculae besteht, enzymatisch mittels des Proteins Silicatein zu synthetisieren. rnIm Inneren der Spiculae, im zentralen Kanal, befindet sich das Axialfilament, welches hauptsächlich aus Silicatein-α aufgebaut ist. Mittels Antikörperfärbungen und Elektronenmikroskopischen Analysen konnte festgestellt werden, dass Silicatein in mit Kieselsäure-gefüllten Zellorganellen (silicasomes) nachzuweisen ist. Mittels dieser Vakuolen kann das Enzym und die Kieselsäure aus der Zelle zu den Spiculae im extrazellulären Raum befördert werden, wo diese ihre endgültige Länge und Dicke erreichen. Zum ersten Mal konnte nachgewiesen werden, dass rekombinant hergestelltes Silicatein-α sowohl als Siliciumdioxid-Polymerase als auch Siliciumdioxid-Esterase wirkt. Mittels Massenspektroskopie konnte die enzymatische Polymerisation von Kieselsäure nachverfolgt werden. Durch Spaltung der Esterbindung des künstlichen Substrates Bis(p-aminophenoxy)-dimethylsilan war es möglich kinetische Parameter der Siliciumdioxid-Esterase-Aktivität des rekombinanten Silicateins zu ermitteln.rnZu den größten biogenen Silikatstukuren auf der Erde gehören die Kieselnadeln der Schwammklasse Hexactinellida. Nadelextrakte aus den Schwammklassen Demospongien (S. domuncula) und Hexactinellida (M. chuni) wurden miteinander verglichen um die potentielle Existenz von Silicatein oder Silicatein-ähnliche Molekülen und die dazu gehörige proteolytischen Aktivität nachzuweisen. Biochemische Analysen zeigten, dass das 27 kDA große isolierte Polypeptid in Monoraphis mehrere gemeinsame Merkmale mit den Silicateinen der Demospongien teilt. Dazu gehören die Größe und die Proteinase-Aktivität. rnUm die Frage zu klären, ob das axiale Filament selbst zur Formbildung der Skelettelemente beiträgt, wurde ein neues mildes Extraktionsverfahren eingeführt. Dieses Verfahren ermöglichte die Solubilisierung des nativen Silicateins aus den Spiculae. Die isolierten Silicateine lagen als Monomere (24 kDa) vor, die Dimere durch nicht-kovalente Bindungen ausbildeten. Darüber hinaus konnten durch PAGE-Gelelektrophorese Tetramere (95 kDa) und Hexamere (135 kDa) nachgewiesen werden. Die Monomere zeigten eine beträchtliche proteolytische Aktivität, die sich während der Polymerisationsphase des Proteins weiter erhöhte. Mit Hilfe der Lichtmikroskopie und Elektronenmikroskopie (TEM) konnte die Assemblierung der Proteine zu filamentartigen Strukturen gezeigt werden. Die Selbstorganisation der Silicatein-α-Monomeren scheint eine Basis für Form- und Musterbildung der wachsenden Nadeln zu bilden.rn Um die Rolle des kürzlich entdeckten Proteins Silintaphin-1, ein starker Interaktionspartner des Silicatein-α, während der Biosilifizierung zu klären, wurden Assemblierungs-Experimente mit den rekombinanten Proteinen in vitro durchgeführt. Zusätzlich wurde deren Effekt auf die Biosilikatsynthese untersucht. Elektronenmikroskopische Analysen ergaben, dass rekombinantes Silicatein-α zufällig verteilte Aggregate bildet, während die Koinkubation beider Proteine (molekulares Verhältnis 4:1) über fraktal artige Strukturen zu Filamenten führt. Auch die enzymatische Aktivität der Silicatein-α-vermittelte Biosilikatsynthese erhöhte sich in Gegenwart von Silintaphin-1 um das 5,3-fache. rn